Genug Wasser für eine bemannte Mars-Mission

Mars Express gelingt direkter Nachweis von Wasser(eis) auf dem Südpol des Mars. Phantastische 3-D-Bilder belegen: Mars hatte in seiner Urzeit flüssiges Wasser

Obwohl noch nicht einmal alle sieben Instrumente des 'Mars-Express'-Orbiters in Aktion getreten sind und mit ihrem wissenschaftlichen Programm angefangen haben, ist die Mission des neuen europäischen Mars-Satelliten bereits jetzt schon ein voller Erfolg. Die ersten Resultate des neuen europäischen Marssatelliten könnten spektakulärer nicht sein. Einerseits entdeckte die Sonde zum ersten Mal gefrorenes Wasser am Südpol des Roten Planeten und konnten diesbezüglich Lage und Volumen bestimmen. Andererseits spürte die Sonde Wasserdampf in der Mars-Atmosphäre auf. Und dank spektakulärer 3-D-Bilder gelang den Forschern der Beweis, dass auf dem Mars vor langer Zeit einmal flüssiges Wasser existiert haben muss. Für die erste bemannte Mars-Mission ist dies eine gute Nachricht.

Das Instrument OMEGA an Bord von Mars Express machte am 18. Januar 2004 diese Aufnahmen: Das rechte im sichtbaren Licht, das mittlere zeigt das sogenannte Trockeneis (gefrorenes CO2) und des linke zeigt Wasser (H2O). (Quelle: ESA)

Von 'Beagle 2', dem verschollenen Lande-Roboter der 'Mars-Express'-Mission, sprach am gestrigen Freitag im Europäischen Raumfahrtkontrollzentrum (ESOC) der ESA kaum einer der geladenen Journalisten und Medienvertretern, ganz zu schweigen von den ESA-Wissenschaftlern, Mars-Express-Ingenieuren und Raumfahrtmanagern. Der Erfolg des ersten europäischen Satelliten um den Mars ließ den bisherigen Misserfolg der ESA-Landekapsel glattweg vergessen.

Erster "echter" außerirdische Nachweis des Lebenselixiers

Zu sehr überstrahlten gestern die medienwirksam veröffentlichten 3-D-Bilder der HRSC das Beagle-2-Desaster, zu sehr überraschte die am Freitag lancierte Meldung, dass 'Mars Express' bereits am 18. Januar während der Kartierung des Mars-Südpols, unter Mithilfe des französischen Infrarot-Spektrometer OMEGA (Kombinierte Kamera und Infrarotspektrometer), die Existenz von gefrorenem Wasser und Kohlenstoffdioxid (Trockeneis) sowie Wasserdampf in der Atmosphäre nachweisen konnte.

Eine Entdeckung, die auch das hochauflösende Spektrometer "Planetary Fourier Spectrometer" )PFS zusätzlich bestätigen konnte. Zudem konnte die Lage und das Volumen des Südpol-Wassereises festgestellt sowie berechnet und der unterschiedliche Anteil an Kohlenstoffdioxid auf der nördlichen bzw. südlichen Hemisphäre nachgewiesen werden.

Dass viele der anwesenden Fernsehjournalisten die Bedeutung und nachhaltige Konsequenz der jüngsten Entdeckung intellektuell nur unzureichend reflektiert haben, belegt ein Blick in das aktuelle TV-Nachrichtenprogramm, worin über der Mars-Express-Erfolg bestenfalls gegen Ende der jeweiligen Sendung en passant berichtet wurde. Dabei war es de facto das erste Mal in der über 2500 Jahre währenden Wissenschaftsgeschichte, ja provokativ gesagt sogar das Mal in der Menschheitsgeschichte überhaupt, dass der "echte" Nachweis eines Elixiers gelang, das hinsichtlich der Entwicklung und Evolution von außerirdischem Leben eine geradezu elementare Bedeutung hat. Nirgendwo sonst, weder auf dem Jupitermond Europa, unter dessen kilometerdicken Eisdecke die Forscher flüssiges Wasser vermuten (wohl gemerkt "nur" vermuten), noch auf dem Saturnmond Titan, auf dem 2004/05 ein europäischer Kollege von Beagle-2 landen wird, ist gefrorenes Wasser lokalisiert worden, das einmal zu einem Ozean zählte.

Wasser - Grundvoraussetzung von Leben

Denn entgegen den Falschmeldungen mancher Presseorgane spürten die NASA-Satelliten damals aber nur Wasserstoff und gefrorenes Kohlendioxid auf, was bestenfalls als indirekter Hinweis auf das potenzielle Vorhandensein von Wasser gewertet wurde. Von einem echten Nachweis von Wasser in gefrorenem Zustand, so wie dies jetzt vereinzelt dargestellt wird, war damals nicht so deutlich die Rede, allenfalls von einem Indizienbeweis. Bisher wurde nur anhand von Fotos und indirekten Indizien, wie etwa das Vorkommen von Wasserstoff auf dem Mars, dort Wasser vermutet. Auch war bis vor kurzem nicht klar, ob die Pole hauptsächlich von Wasser- oder Kohlendioxid-Eis bedeckt sind. Da überall auf der Erde einfaches Leben existiert, wo auch flüssiges Wasser vorkommt, stellt sich nun umso intensiver die Frage nach früherem Leben auf dem Mars.

Nunmehr aber konnte 'Mars Express' erstmals den direkten und sicheren Nachweis führen, dass die gewaltigen vermuteten Wassereisvorkommen am Südpol des Roten Planeten gefrorenes Wasser sind. Spektakulär ist auch die Entdeckung, dass Wasserdampf aus der Marsatmosphäre in den Weltraum entweicht. Die weißen Polkappen des Mars bestehen vor allem aus gefrorenem Kohlendioxid, so genanntem Trockeneis.

Dass Wasser eine Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben ist (so wie wir es definieren!), sollte inzwischen allgemein bekannt sein. Ausgehend von der Prämisse, dass, wer nach Leben sucht, möglichst nach flüssigem Wasser Ausschau halten sollte, fahnden Astrobiologen schon seit geraumer Zeit gierig nach Wasser. Zwar haben bislang verschiedene Marsmissionen nach Wasser auf unserem Nachbarplaneten Ausschau gehalten und sind dabei auch indirekt fündig geworden, wie etwa die US-Sonde Mars Global Surveyor, die im Jahr 2000 Rinnen auf der Oberfläche des Roten Planeten ausmachte, deren Entstehung sich die Planetenforscher nur durch sickerndes Wasser erklären konnten. Doch ähnliche Schlüsse zogen Wissenschaftler auch aus anderen Oberflächenformationen, die auf einst fließendes Wasser und Seen hindeuten. Die erste direkte Beobachtung von Wasser in Form von Eis lieferte der NASA-Orbiter "Mars Odyssey 2001" dann im März 2002 mit Hilfe des Gammastrahlen-Spektrometers in der Nähe des Südpols gleich auf Anhieb beträchtliche Mengen Wasserstoff, die nur wenige Zentimeter unter der Oberfläche am Südpol in einer Eisschicht, also gefrorenem Wasser, eingebettet waren. Aber auch hier sprachen die Forscher nicht von einem Beweis, allenfalls von Indizien.

Phantastisches Bildmaterial

Wie dem auch sei - die ersten Bilder liegen nunmehr auf jeden Fall in bester 3-D-Qualität vor. Auf ihnen sind bizarre Landschaften abgelichtet, die offensichtlich durch flüssiges Wasser geprägt worden sind, was stark darauf hindeutet, dass der Mars in Urzeiten einmal von Ozeanen überdeckt gewesen sein muss. "Wir sind sicher, dass es auf der Oberfläche flüssiges Wasser gegeben hat", sagte der geistige Vater und Erfinder der hochauflösenden HRSC-Kamera Gerhard Neukum von der Freien Universität Berlin. Damit wurde zum ersten Mal zweifelsfrei nachgewiesen, dass der Mars früher einmal feuchter und wärmer war.

Presse- und werbewirksam war sicherlich die Entfaltung der größten Postkarte aus dem Weltall, die 24 Meter mal 1,35 Meter misst und gestochen scharf eine 3.700 Kilometer lange und bis zu 166 Kilometer breite Marslandschaft in Süd-Nord-Ausrichtung zeigt, auf der auch das Landegebiet des amerikanischen Mars-Rovers Spirit zu sehen ist. Entwickelt wurde diese vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin Adlershof sowie von der Freien Universität Berlin (FU). Die Postkarte vom Mars zeigt einen Ausschnitt in Süd-Nord-Richtung in der Größe von etwa 380.000 Quadratkilometer, etwas mehr als die Fläche Deutschlands. Der Datensatz beträgt unkomprimiert 2,5 Gigabyte. Die Aufnahme wurde am 16. Januar 2004 innerhalb von 1.165 Sekunden (= 19:25 Minuten) aus einer Höhe zwischen 830 und 275 Kilometer erstellt.

Dust-Fall on Mars

Die ESA-Forscher präsentierten am Freitag spektakuläre Bilder vom Roten Planeten, auf denen riesige Krater und Vulkane, aber auch Landschaften, die auf frühere Ozeane hindeuten könnten, zu sehen sind. Die Aufnahmen wurden von der HRSC-Hochleistungs-Stereokamera gemacht, die in Deutschland entwickelt wurde. Dabei lobte Neukum die hervorragende Qualität der Aufnahmen. "Wir waren überrascht, als wir die Bilder gesehen haben." Die Aufnahmen von Kratern und tiefen Schluchten belegten eindeutig, dass es auf der Marsoberfläche einmal große Wassermengen gegeben habe. Bislang hat "Mars-Express" 1,87 Millionen Quadratkilometer des Roten Planeten fotografiert.

Besonders spektakulär ist in der Tat das Foto (siehe Bild), das die HRSC-Stereokamera in Farbe und 3D am 19. Januar 2004 aufnahm. Es zeigt eine perspektivische Sicht der Kraterspitze des Vulkans Albor Tholus in der Elysium Region.

Der Vulkan Albor Tholus in der Elysium Region hat einen Durchmesser von 30 Kilometer und eine Tiefe von drei Kilometer. Links sieht man einen "Dust-Fall", wie Prof. Neukum das Phänomen bezeichnete. (Bild: ESA/DLR/FU Berlin)

Der kesselartige Vulkankrater, die so genannte Kaldera, hat einen Durchmesser von 30 Kilometer und eine Tiefe von drei Kilometer. Der Vulkan hat insgesamt einen Durchmesser von 160 Kilometer und eine Höhe von 4,5 Kilometer. Geologisch ist deshalb sehr interessant, weil die Tiefe des Vulkankraters an die Höhe des Vulkans heranreicht, was auf der Erde ungewöhnlich ist. Geradezu pittoresk ist auch das Geschehen, dass am linken Rand des Kraters fotographisch festgehalten wurde. Hier sieht man einen "Staubfall", der einem Wasserfall ähnelnd vom umgebenden Plateau in den Krater fließt. "This looks like a dust fall!", kommentierte Prof. Neukum das Geschehen auf dem Bild.

Datenprozessierung erfolgt beim DLR in Berlin-Adlershof und der FU Berlin

Nach der Aufnahme wurde der Datensatz vom europäischen Mars-Orbiter zuerst nach Spanien übertragen, dann nach Kalifornien in das Deep Space Network der NASA, von dort zum Europäischen Raumfahrt-Kontrollzentrum (ESOC) der ESA nach Darmstadt, und von dort wiederum schließlich zum DLR-Institut für Planetenforschung nach Berlin-Adlershof, wo innerhalb weniger Stunden der Hauptteil der Prozessierung erfolgte. Dort wurden die Daten zuerst aus dem Telemetrie-F-Formaten entpackt, dann dekomprimiert, radiometrisch kalibriert und schließlich geometrisch entzerrt: "Bei dieser aufwendigen Rechen- und Prozessierungsarbeit verfügen wir über große Erfahrung und die notwendige Schnelligkeit", erklärt Dr. Ralf Jaumann, Experiment-Manager der Stereo-Kamera HRSC am Berliner DLR-Institut für Planetenforschung.

Die deutsche Stereokamera hat neun Zeilensensoren, die die Marsoberfläche abtasten. Jeder der Sensoren besteht aus mehr als 5000 CCD-Pixeln, die jeweils sieben Mikrometer groß sind. Fünf dieser Sensoren nehmen die Oberfläche in hoher Auflösung und aus verschiedenen Blickwinkeln auf, woraus sich am Computer topographische Informationen sowie das Relief der Oberfläche ableiten lassen. Die restlichen vier Sensoren liefern multispektrale Aufnahmen im sichtbaren Wellenlängen- und im nahen Infrarot-Bereich.

Sehr effektives Instrumentarium

Auch einige der anderen Instrumente an Bord der am 25. Dezember auf die Umlaufbahn eingeschwenkten Sonde sind bereits hochaktiv und lieferten erste Signale. So nahm MaRS, ein Gerät, das mittels Radiospektroskopie die chemische Zusammensetzung der Marsoberfläche, seiner Ionosphäre und der Atmsophäre vermessen soll, erfolgreich die Arbeit auf. Der schwedische Elektronen-Neutronen-Analysator Aspera soll die fundamentale Frage klären, ob der Sonnenwind das Wasser auf dem Mars verschwinden lassen hat. Erste Ergebnisse zeigten einen "Schweif" der Marsatmosphäre in dem Sauerstoff vorhanden ist. Ein weiteres interessantes Experiment wurde während der ersten je am Mars vorgenommenen Sternenverdunkelung mit dem Instrument SPICAM (Spektrometer für den ultravioletten und den infraroten Bereich) durchgeführt: Es hat gleichzeitig die Verteilung von Ozon und Wasserdampf gemessen, was noch nie versucht worden war, und dabei herausgefunden, dass es dort, wo weniger Ozon ist, mehr Wasserdampf gibt.

Von Mars-Astronauten und Frau Bulmahn

ESA-Mitarbeiter Prof. Walter Flury bezeichnete den Fund als einen "ganz großen Tag" für die europäische Raumfahrt. "Das ist für die bemannte Raumfahrt sehr wichtig", sagte der Wissenschaftler. Wenn zukünftig Menschen auf den Mars gingen - und davon gehe er aus -, müssten sie kein Wasser von der Erde aus mitbringen. "Es ist oben auf dem Mars vorhanden, und das ändert die Sachlage ganz fundamental". Auch nach Ansicht von Prof. Neukum sei nunmehr genug Wasser da, um eine menschliche Präsenz auf dem Roten Planeten zu versorgen. Und Mars-Express-Flugdirektor Mike McKay bewertete den Fund von Wasser auch als Fortschritt für die Pläne einer bemannten Mars-Mission. Schließlich würde nunmehr kein extra Wasser mehr für eine bemannte Mission zum Roten Planeten benötigt.

Auf dieser HRSC-3D-Aufnahme ist ein Talsystem zu sehen, das einst von fließenden Wassermassen geformt wurde. Das Bild zeigt die Landschaft aus der Vogelperspektive, Norden ist oben im Bild. Die Ost-West-Ausdehnung des Gebiets beträgt etwa 100 Kilometer und hat eine Bildauflösung von 12 Metern pro Bildpunkt. (Bild: ESA / DLR / FU Berlin)

Zu guter Letzt sollte Frau Edelgard Bulmahn, ihres Zeichens Forschungs- und Bildungsministerin nicht unerwähnt bleiben, schließlich war sie es, die sich sichtlich in dem Erfolg der Mars-Mission sonnte und für alle ein strahlendes Lächeln übrig hatte. In der ESA-Pressemeldung, die naturgemäß zuerst immer in Englisch über den E-Mail-Presseverteiler in Sekundenschnelle verteilt wird, wurde die Ministerin dann auch fast wortgetreu zitiert: "Europe can be proud of this mission: Mars Express is an enormous success for the European space programme ." Fast wortgetreu deshalb, weil die studierte Anglistin neben Herrn Prof. Sigmar Wittig die Einzige war, die sich entgegen des Protokolls der deutschen Sprache bediente.

Hier zwei Videos, welche einen Eindruck von der Leistungsfähigkeit der HRSC-Kamera geben. (Harald Zaun)

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